JPH06215887A - Circuit and method for feeding power to high luminance discharge lamp - Google Patents
Circuit and method for feeding power to high luminance discharge lampInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高輝度放電ランプ用給電回路および方法にお
いてランプの老化等によるランプインピーダンスの変動
を補償してほぼ一定のランプ電力を得る。
【構成】 直流母線電圧供給回路304、ならびに第一
および第二の帰還制御回路を含む。第一の帰還制御回路
302は、ピークランプ電流に比例する動的信号とピー
クランプ電流に対する設定値信号との差に比例する第一
の誤差信号に応動して、該誤差信号を最小にするように
母線電流供給導線上の母線電圧を調整する。第二の帰還
制御回路308は、平均母線電流に比例する動的信号と
動的設定値信号との差に比例する第二の誤差信号に応動
して、該誤差信号を最小にするようにランプを駆動し
て、ランプの電力を調整する。動的設定値信号は調整母
線電圧に比例する動的信号とランプ電力に関する設定値
信号との差に比例する。
(57) [Abstract] [Objective] In a high-intensity discharge lamp power supply circuit and method, fluctuations in the lamp impedance due to aging of the lamp and the like are compensated to obtain a substantially constant lamp power. [Configuration] A DC bus voltage supply circuit 304 and first and second feedback control circuits are included. The first feedback control circuit 302 is responsive to a first error signal proportional to the difference between the dynamic signal proportional to the peak lamp current and the setpoint signal for the peak lamp current to minimize the error signal. Adjust the bus voltage on the bus current supply conductor. The second feedback control circuit 308 is responsive to a second error signal proportional to the difference between the dynamic signal proportional to the average bus current and the dynamic setpoint signal to ramp the error signal to a minimum. To adjust the power of the lamp. The dynamic setpoint signal is proportional to the difference between the dynamic signal proportional to the regulated bus voltage and the setpoint signal for lamp power.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は高輝度放電ランプのため
の電源の分野に関するものであり、更に詳しくは、ラン
プに供給される電圧または電流を調整するために帰還制
御を使用する電源に関するものである。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the field of power supplies for high intensity discharge lamps, and more particularly to power supplies using feedback control to regulate the voltage or current supplied to the lamp. Is.
【0002】[0002]
【従来の技術】高圧ナトリウムランプ(HPSL:hi
gh pressure sodium lamp)は
高輝度放電ランプの一例であり、他の例としては石英水
銀灯等がある。高圧ナトリウムランプは、特に投光照明
および道路照明のような戸外の照明用途のため、多年広
く使用されてきた。高圧ナトリウムランプの一つの問題
は、ランプの老化により通常ランプのインピーダンスが
かなり大きくドリフトすることである。このようなイン
ピーダンスのドリフトは、ナトリウムを収容するアーク
管内に活性ランプ素子のナトリウムが気体として放出さ
れるような要因によるものである。インピーダンス値の
ドリフトは上向きであり、ランプを使用するにつれて、
ますます大きな電力が必要となり、ついには、その電源
回路の容量を超え、ランプが故障することになる。2. Description of the Related Art High pressure sodium lamp (HPSL: hi)
The gh pressure sodium lamp) is an example of a high-intensity discharge lamp, and another example is a quartz mercury lamp. High pressure sodium lamps have been widely used for many years, especially for outdoor lighting applications such as flood lighting and road lighting. One problem with high pressure sodium lamps is that the lamp's aging usually causes the lamp's impedance to drift significantly. Such impedance drift is due to the fact that sodium of the active lamp element is released as a gas into the arc tube containing sodium. The impedance value drifts upwards, and as the lamp is used,
More and more power is required, which eventually exceeds the capacity of the power circuit and the lamp fails.
【0003】ランプ毎のインピーダンスの変動も通常の
製造の許容差から生じる。たとえば、同じランプ駆動電
圧を使用した場合、このようなインピーダンス変動によ
り、ランプ毎にルーメン出力と放出される光の波長スペ
クトル(すなわち、発生される光の色)の両方が変動す
る。ランプが同じであっても、線路電圧の変化によっ
て、ランプ特性の同様の変動が生じ得る。Variations in impedance from lamp to lamp also result from normal manufacturing tolerances. For example, if the same lamp drive voltage is used, such impedance variations will vary both the lumen output and the wavelength spectrum of the emitted light (ie, the color of the emitted light) from lamp to lamp. Even with the same lamp, changes in line voltage can cause similar variations in lamp characteristics.
【0004】上記の問題を軽減する一つの手法は、米国
特許第4,928,038号に開示されている。この米
国特許では、電力スイッチが用いられる。この電力スイ
ッチがオンすなわち導通しているとき、直流母線電圧す
なわちコンプライアンス電圧がランプとドライバまたは
安定器のインダクタとの直列組み合わせの両端間に印加
される。スイッチがオフすなわち導通していないとき、
ランプは母線電圧から隔離され、以後、ランプ電流はド
ライバのインダクタのインピーダンスおよびランプの内
部インピーダンスによって制御される。電力スイッチを
通る平均電流が測定される。帰還ループでは、平均スイ
ッチ電流と電流設定値との差を本質的に表す「誤差」信
号が作成される。次に、誤差信号を使用することによ
り、誤差信号を最小にするように電力スイッチのオン−
オフ動作が制御される。設定値自体は動的であってもよ
く、また交流電源の線路電圧の変動によって生じる直流
母線電圧の変動に応じて定めてもよい。One approach to alleviating the above problems is disclosed in US Pat. No. 4,928,038. In this US patent, a power switch is used. When the power switch is on or conducting, a DC bus voltage or compliance voltage is applied across the series combination of the lamp and the driver or ballast inductor. When the switch is off or not conducting,
The lamp is isolated from the bus voltage and thereafter the lamp current is controlled by the impedance of the driver inductor and the internal impedance of the lamp. The average current through the power switch is measured. In the feedback loop, an "error" signal is created that essentially represents the difference between the average switch current and the current setting. The error signal is then used to turn on the power switch to minimize the error signal.
The off operation is controlled. The set value itself may be dynamic, or may be determined according to the fluctuation of the DC bus voltage caused by the fluctuation of the line voltage of the AC power supply.
【0005】上記米国特許第4,928,038号の手
法では、高圧ナトリウムランプに給電するための従来の
回路に比べて、特に交流線路電圧のかなりの変動を補償
する点で明確な利点が得られた。しかし、ランプ性能が
更に改善されることが望ましい。特に、ランプ毎の、ま
たはランプの老化によるランプインピーダンスのかなり
の変化を補償する能力が更に改善されることが望まし
い。The approach of US Pat. No. 4,928,038 noted above provides distinct advantages over conventional circuits for powering high pressure sodium lamps, especially in compensating for significant variations in AC line voltage. Was given. However, it is desirable to further improve lamp performance. In particular, it would be desirable to further improve the ability to compensate for significant changes in lamp impedance from lamp to lamp or due to lamp aging.
【0006】更に、再現可能な色出力が得られるように
高輝度放電ランプに一定振幅の駆動電流を供給すること
が望ましい。Further, it is desirable to supply a constant amplitude drive current to the high intensity discharge lamp so as to obtain a reproducible color output.
【0007】[0007]
【発明の概要】したがって本発明の一つの目的は、ラン
プのインピーダンス値がかなり変化してもランプに所望
のパワーレベルを達成するように高輝度放電ランプに給
電するための帰還制御回路および方法を提供することで
ある。本発明のもう一つの目的は、ランプに対する駆動
電流をほぼ一定の振幅にする上記の型の帰還制御回路お
よび方法を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a feedback control circuit and method for powering a high intensity discharge lamp so that the lamp achieves a desired power level even when the lamp impedance value changes significantly. Is to provide. It is another object of the present invention to provide a feedback control circuit and method of the above type which provides a drive current for the lamp with a substantially constant amplitude.
【0008】更にもう一つの目的は低コストの、容易に
入手できる回路構成要素で具体化することができる上記
の型の回路および方法を提供することである。上記の目
的は、本発明による、高輝度放電ランプに給電するため
の回路および方法によって実現される。この回路は、直
流母線電圧を供給するための手段、ならびに第一および
第二の帰還制御手段を含む。第一の帰還制御手段は、第
一の誤差信号に応動して、第一の誤差信号を最小にする
ように母線電流供給導線上の母線電圧を調整する。第一
の誤差信号は、(1)ピーク母線電流にほぼ比例する動
的信号と(2)ピークランプ電流に対する設定値信号と
の間の差にほぼ比例する。第二の帰還制御手段は第二の
誤差信号に応動して、第二の誤差信号を最小にするよう
に調整母線電圧でランプを駆動し、これによりランプの
電力を調整する。第二の誤差信号は、(1)平均母線電
流にほぼ比例する動的信号と(2)動的設定値信号との
間の差にほぼ比例する。動的設定値信号は、(i)調整
母線電圧にほぼ比例する動的信号と(ii)ランプ電力
に関する設定値信号との間の差にほぼ比例する。Yet another object is to provide a circuit and method of the above type which can be embodied in low cost, readily available circuit components. The above objective is accomplished by a circuit and method for powering a high intensity discharge lamp according to the present invention. The circuit includes means for supplying a DC bus voltage, and first and second feedback control means. The first feedback control means responds to the first error signal and adjusts the bus voltage on the bus current supply conductor to minimize the first error signal. The first error signal is approximately proportional to the difference between (1) the dynamic signal, which is approximately proportional to the peak bus current, and (2) the setpoint signal for the peak lamp current. The second feedback control means is responsive to the second error signal to drive the lamp with the regulated bus voltage to minimize the second error signal, thereby regulating the power of the lamp. The second error signal is approximately proportional to the difference between (1) a dynamic signal that is approximately proportional to the average bus current and (2) a dynamic setpoint signal. The dynamic setpoint signal is approximately proportional to the difference between (i) a dynamic signal that is approximately proportional to the regulated bus voltage and (ii) a setpoint signal related to lamp power.
【0009】本発明の方法は、直流母線電圧を供給する
ステップ、および第一の誤差信号に応動して第一の誤差
信号を最小にするように母線電流供給導線の母線電圧を
調整するステップを含む。第一の誤差信号は、(1)ピ
ークランプ電流にほぼ比例する動的信号と(2)ピーク
ランプ電流に対する設定値信号との間の差にほぼ比例す
る。方法は更に、第二の誤差信号に応動して第二の誤差
信号を最小にするように調整母線電圧でランプを駆動
し、これによりランプの電力を調整するステップも含
む。第二の誤差信号は、(1)平均母線電流にほぼ比例
した動的信号と(2)動的設定値信号との間の差にほぼ
比例する。動的設定値信号は、(i)調整母線電圧にほ
ぼ比例する動的信号と(ii)ランプ電力に関する設定
値信号との間の差にほぼ比例する。The method of the present invention comprises the steps of providing a DC bus voltage and adjusting the bus voltage of the bus current supply conductor in response to the first error signal to minimize the first error signal. Including. The first error signal is approximately proportional to the difference between (1) a dynamic signal that is approximately proportional to the peak lamp current and (2) a setpoint signal for the peak lamp current. The method further includes driving the lamp with a regulated bus voltage in response to the second error signal to minimize the second error signal, thereby regulating the power of the lamp. The second error signal is approximately proportional to the difference between (1) the dynamic signal, which is approximately proportional to the average bus current, and (2) the dynamic setpoint signal. The dynamic setpoint signal is approximately proportional to the difference between (i) a dynamic signal that is approximately proportional to the regulated bus voltage and (ii) a setpoint signal related to lamp power.
【0010】本発明の上記の目的および他の利点は付図
を参照した以下の説明から明らかとなる。本発明の以下
の詳細な説明では、付図を参照する。The above objects and other advantages of the present invention will be apparent from the following description with reference to the accompanying drawings. The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings.
【0011】[0011]
【実施例の記載】本発明の理解を容易にするため、ま
ず、高圧ナトリウムランプに供給される電力を調整する
ための上記米国特許第4,928,038号の従来技術
の手法について図1乃至3を参照して説明する。図1は
高圧ナトリウムランプ(HPSL:high pres
sure sodium lamp)のような高輝度放
電ランプ100に給電するための回路の簡略化された回
路図である。図示例では、リンク電圧またはコンプライ
アンス電圧としても知られる母線電圧VB として、全波
ブリッジ整流器104の直流出力電圧が用いられる。全
波ブリッジ整流器104の電流出力はIB である。整流
器104には、電源106から交流電力が供給される。
整流器104と交流電源106との間の電流経路に、標
準の電力補正回路(図示しない)を配置してもよい。母
線電圧VB と母線電流IB が供給されるランプドライバ
回路108は、後で説明するようにランプ100を適当
な電圧または電流波形で「駆動」する。これにより、ラ
ンプ電力が一定値に向かって調整される。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS To facilitate an understanding of the present invention, first of all, the prior art technique of the above-referenced U.S. Pat. This will be described with reference to FIG. Fig. 1 shows a high pressure sodium lamp (HPSL).
FIG. 3 is a simplified circuit diagram of a circuit for powering a high intensity discharge lamp 100, such as a Sure Sodium Lamp). In the illustrated example, the DC output voltage of the full-wave bridge rectifier 104 is used as the bus voltage V B , also known as the link voltage or compliance voltage. The current output of full wave bridge rectifier 104 is I B. AC power is supplied from the power supply 106 to the rectifier 104.
A standard power correction circuit (not shown) may be placed in the current path between the rectifier 104 and the AC power supply 106. The lamp driver circuit 108, which is supplied with the bus voltage V B and the bus current I B , “drives” the lamp 100 with the appropriate voltage or current waveform, as described below. Thereby, the lamp power is adjusted toward a constant value.
【0012】図2に示される帰還ループの発生する帰還
誤差信号Eによって、ランプドライバ108が制御され
る。図2で、低域フィルタ120は後で説明する電流I
S に比例する信号αIS を受ける。ここで、αは比例定
数である。低域フィルタ120は標準の加算増幅器12
2の正入力にαIS の時間平均された値を出力する。加
算増幅器122の負入力には、平均電流には対する目標
値すなわち設定値SP 1 が供給される。この設定値SP
1 は非動的(non−dynamic)であってもよ
い。加算増幅器122の出力は、増幅器124の利得G
1 によってスケーリングされて誤差信号Eを構成する。
この誤差信号Eに応動して、ランプドライバ108は平
均ランプ電力を一定値に向かって調整する。Feedback generated by the feedback loop shown in FIG.
The lamp driver 108 is controlled by the error signal E.
It In FIG. 2, the low-pass filter 120 has a current I which will be described later.
SA signal proportional toSReceive. Where α is proportional
Is a number. The low pass filter 120 is a standard summing amplifier 12
ΑI for positive input of 2SThe time averaged value of is output. Addition
The negative input of the operational amplifier 122 has a target for the average current.
Value or set value SP 1Is supplied. This set value SP
1May be non-dynamic
Yes. The output of the summing amplifier 122 is the gain G of the amplifier 124.
1Scaled to form the error signal E.
In response to this error signal E, the lamp driver 108
Adjust the uniform lamp power towards a constant value.
【0013】図3は、交流電源106(図1)の線路電
圧の変動によって生じる直流母線電圧VB の変動を補償
するための図2の帰還ループに対する強化を示す。図3
の回路は図2の帰還ループで使用される設定値SP1 を
動的信号とする。図3に於いて、信号SP1 は標準加算
増幅器140の出力を増幅器142の利得G2 でスケー
リングしたものである。加算増幅器140の正入力は非
動的設定値SP2 であり、加算増幅器140の負入力は
母線電圧VB を増幅器144の利得G3 でスケーリング
したものである。FIG. 3 illustrates an enhancement to the feedback loop of FIG. 2 to compensate for variations in the DC bus voltage V B caused by variations in the line voltage of the AC power supply 106 (FIG. 1). Figure 3
The circuit of FIG. 2 uses the set value SP 1 used in the feedback loop of FIG. 2 as a dynamic signal. In FIG. 3, signal SP 1 is the output of standard summing amplifier 140 scaled by gain G 2 of amplifier 142. The positive input of summing amplifier 140 is the non-dynamic setpoint SP 2 and the negative input of summing amplifier 140 is the bus voltage V B scaled by gain G 3 of amplifier 144.
【0014】ランプドライバ108(図1)の詳細が図
4に示されている。後で明らかになるように、図4の回
路は素子の発明的な組み合わせの一部を含み得る。この
ため、図4およびこれに対応する図5および図6は従来
技術とは云えない。図4に示すように、ゲート制御回路
200は誤差信号Eを受けて、ランプドライバ108の
電力用電界効果トランジスタ(FET:field−e
ffecttransistor)等の電力スイッチ2
02のオン(導電)およびオフ(非導電)状態を制御す
る。ランプ電流IL が最初零であるとすれば、電力スイ
ッチ202をオンにすることにより、ランプ100の下
側端子が抵抗Rを介して接地される。そして、インダク
タLの初期電圧が零であるので、全母線電圧VB がラン
プの両端子間に印加される。ダイオードDは最初、非導
電状態になっている。スイッチ202をターンオフする
と、ダイオードDはランプ電流IL を通し、その後この
ランプ電流IL はインダクタLを通って減衰する。ダイ
オードDが非導電状態になっているときは、電力スイッ
チ202の電流、すなわち電流IS は母線電流IB と共
通、すなわち母線電流IB と同じである。スイッチ20
2がオフで、ダイオードDが導電状態にあるとき、電力
スイッチ202の電流、すなわち電流IS と母線電流I
B はともに零である。したがって図示された回路では、
スイッチ電流IS と母線電流IB は同じである。Details of the lamp driver 108 (FIG. 1) are shown in FIG. As will become apparent later, the circuit of FIG. 4 may include some of the inventive combinations of elements. Therefore, FIG. 4 and the corresponding FIGS. 5 and 6 cannot be said to be prior art. As shown in FIG. 4, the gate control circuit 200 receives the error signal E and receives a power field effect transistor (FET: field-e) of the lamp driver 108.
power switch 2 such as
Control the on (conducting) and off (non-conducting) states of 02. Assuming that the lamp current I L is initially zero, turning on the power switch 202 causes the lower terminal of the lamp 100 to be grounded via the resistor R. Then, since the initial voltage of the inductor L is zero, the total bus voltage V B is applied between both terminals of the lamp. The diode D is initially in a non-conducting state. When the switch 202 is turned off, the diode D through a lamp current I L, then the lamp current I L decays through inductor L. When the diode D is in a non-conducting state, the current of the power switch 202, that is, the current I S is common to the bus current I B, i.e. the same as the bus current I B. Switch 20
2 is off and diode D is conducting, the current of power switch 202, namely current I S and bus current I
Both B are zero. Therefore, in the circuit shown,
Switch current I S and the bus current I B is the same.
【0015】スイッチ電流IS (したがって母線電流I
B )は抵抗Rにより測定される。この抵抗Rを通って、
スイッチ電流IS が流れる。既知の関係V=IRによ
り、抵抗Rの上側端子に印加される電圧VR はスイッチ
電流IS に比例する。電圧VRは、図2の低域フィルタ
120に印加される信号αIS である。ゲート制御回路
200(図4)はスイッチ202のオン−オフ動作を制
御することにより、図5に示される電流波形を作成す
る。図5で、実線の曲線はスイッチ電流IS を表す。そ
して実線の曲線には、一定のデューティサイクル周期T
内のN個の台形パルスの列220、およびその後に続く
次のデューティサイクル周期TのN個のパルスの列22
2が含まれている。時間軸の下に、スイッチ202に対
するオン−オフのタイミングサイクルが示されている。Switch current I S (hence bus current I S
B ) is measured by the resistance R. Through this resistor R,
The switch current I S flows. The known relationship V = IR, the voltage V R applied to the upper terminal of resistor R is proportional to the switch current I S. The voltage V R is the signal αI S applied to the low pass filter 120 of FIG. The gate control circuit 200 (FIG. 4) controls the on / off operation of the switch 202 to create the current waveform shown in FIG. In FIG. 5, the solid curve represents the switch current I S. The solid curve shows a constant duty cycle period T
A train of N trapezoidal pulses 220 in the sequence, followed by a train of N pulses 22 of the next duty cycle period T
2 is included. Below the time axis, the on-off timing cycle for switch 202 is shown.
【0016】パルス列220の最初の二つのパルスが図
6に示されている。図6に示されているように、スイッ
チ202がターンオンしたとき、パルス列220の最初
のパルスが零から予め設定された最大値に上昇する(曲
線240)。その間、スイッチ電流はランプ電流IL と
共通、すなわちランプ電流IL と同じである。最大電流
値に達したとき、スイッチ202がターンオフし、スイ
ッチ電流IS が急速に零に低下する(曲線242)。し
かし、ランプ電流IL はダイオードDを介してインダク
タL(図4)を通って減衰し、やはり「IL 」と表され
た傾斜する破線の曲線244に従う。スイッチ202が
再びターンオンすると、スイッチ電流I S は曲線246
に沿って急速に上昇した後、そのとき共通のランプ電流
IL と一緒に、曲線248に沿って最大値まで上昇す
る。スイッチ202がこのように循環的に動作すること
により、N個のパルスの列220が作成される。The first two pulses of the pulse train 220 are
6 is shown. As shown in Figure 6, the switch
When the switch 202 turns on, the beginning of the pulse train 220
Pulse rises from zero to a preset maximum
Line 240). Meanwhile, the switch current is the lamp current ILWhen
Common, ie lamp current ILIs the same as. Maximum current
When the value is reached, switch 202 turns off and the switch
Current ISRapidly drops to zero (curve 242). Shi
Lamp, lamp current ILThrough the diode D
Attenuates through the L (Fig. 4), and again "IL"
Follow the sloping dashed curve 244. Switch 202
When turned on again, the switch current I SIs the curve 246
After a rapid rise along the then common lamp current
ILRises to maximum along curve 248 with
It That the switch 202 operates cyclically in this way
This produces a train 220 of N pulses.
【0017】図5には次のパルス列222が示されてい
る。これもN個であるが、第一のパルス列220の期間
W1 より短い期間W2 に生じる。期間W2 が短くなって
いるのは、パルス列220の間に比べてパルス列222
の間はスイッチ202がより高い周波数でスイッチング
されていることによる。期間W1 、W2 等の長さはラン
プを駆動するための一定周期(T)のデューティサイク
ルの活性部分を構成するので、このような期間W1 、W
2 等の長さを調整することによりランプの平均電流が調
整される。The next pulse train 222 is shown in FIG. This is also N, but occurs in the period W 2 shorter than the period W 1 of the first pulse train 220. The period W 2 is shorter because the pulse train 222 is shorter than the pulse train 220.
During this time, the switch 202 is switching at a higher frequency. Since the lengths of the periods W 1 , W 2, etc. constitute the active part of the duty cycle of a constant period (T) for driving the lamp, such periods W 1 , W 2
By adjusting the length of 2nd etc., the average current of the lamp is adjusted.
【0018】図4のランプドライバ108、特にその中
のゲート制御回路200の詳細は上記米国特許第4,9
28,038号に、特にその特許の図3に関して説明さ
れている。 〔米国特許第4,928,038号の帰還ループの数学
的解析〕再び図4を参照して説明する。電力スイッチ2
02のオン−オフ動作を制御するために、これまで説明
してきたように一定値に向けてのランプ電力の調整が行
われる。したがって、本出願の用語を使えば、上記米国
特許第4,928,038号(たとえば、その欄3−
4)には、ランプ電力が本質的に直流母線電圧VBとス
イッチ電流IS (図4)との数学的積に比例するという
ことが開示されている。直流母線電圧VB は、数学的解
析のため一定と仮定されている。これは数学的に次式の
ように表すことができる。The details of the lamp driver 108 of FIG. 4, and particularly of the gate control circuit 200 therein, are described in the above-referenced US Pat.
28,038, particularly with respect to FIG. 3 of that patent. [Mathematical Analysis of Feedback Loop of US Pat. No. 4,928,038] Referring again to FIG. Power switch 2
In order to control the ON / OFF operation of 02, the lamp power is adjusted toward a constant value as described above. Thus, using the terminology of this application, the above-referenced US Pat. No. 4,928,038 (see, for example, column 3-
4) discloses that the lamp power is essentially proportional to the mathematical product of the DC bus voltage V B and the switch current I S (FIG. 4). The DC bus voltage V B is assumed to be constant for mathematical analysis. This can be expressed mathematically as
【0019】[0019]
【数1】 [Equation 1]
【0020】ここで、PL はランプ電力、αは比例定
数、VB は母線電圧、そしてAVE.IS はスイッチ2
02(図4)に流れる平均電流である。式1によれば、
一定値に向かって平均スイッチ電流IS (または共通母
線電流IB )を調整することにより、ランプ電力が一定
になる傾向がある。しかし、上記米国特許第4,92
8,038号の手法はランプ性能に明確な改善をもたら
したが、より一層の改善が望ましいことが見出された。
たとえば本発明では、高圧ナトリウムランプのようなラ
ンプの時間とともに増大するインピーダンスをより充分
に補償するようなやり方でランプ電力が調整される。Where P L is the lamp power, α is the proportional constant, V B is the bus voltage, and AVE. I S is switch 2
02 (FIG. 4). According to Equation 1,
By adjusting the average switch current I S (or common bus current I B ) towards a constant value, the lamp power tends to be constant. However, the above-mentioned US Pat. No. 4,92
While the 8,038 approach provided a clear improvement in lamp performance, it was found that even further improvements were desirable.
For example, in the present invention, the lamp power is adjusted in a manner that more fully compensates for the impedance that increases over time in lamps such as high pressure sodium lamps.
【0021】本発明に従って、図7乃至8は高圧ナトリ
ウムランプのような高輝度放電ランプ300の電力を調
整するための回路を示す。全波ブリッジ整流器304に
より、交流電源306からの交流電圧が直流電圧に変換
されて、整流器の「+」と「−」の出力端子の間に現れ
る。従来技術の図1と異なり、整流器304の直流出力
とランプドライバ308との間に、母線電圧VB の調整
器320が挿入される。このVB 調整器320は母線電
流IB を供給し、母線電圧VB の値を調整し、これによ
り後で示すようにランプ電流のピーク値を調整する。高
圧ナトリウムランプの場合、ほぼ一様なランプ色が非常
に望ましく、この一様さを達成するためにピークランプ
電流が重要な役割を果たすことが知られている。したが
って、この電流値の調整によって、高圧ナトリウムラン
プのランプ色が強い影響を受ける。更に、VB 調整器3
20は誤差信号E1 によって帰還制御される。誤差信号
E 1 はランプドライバ308に供給される誤差信号E2
とは別の信号である。 図8は誤差信号E1 を発生する
ための帰還ループを示す。ループの始まりはランプ電流
IL である。電流−電圧変換器330には、図10に示
される変圧器400が含まれている。変圧器400の一
次巻線にはランプ電流IL が流れ、変圧器400の二次
巻線には電流αIL が流れる。ここで、αは変圧器の二
次巻線対一次巻線の巻数比の比例定数を示す。電流−電
圧変換器330は変換利得H2 で出力を発生する。この
変換利得H2 には、上記の巻線の巻数比が含まれてい
る。変換器330の出力は更に増幅器332の利得H1
によってスケーリングされた後、ピーク保持回路334
に達する。線336上のピーク保持回路の出力は、ラン
プ電流IL のピーク値に比例する。標準の加算増幅器3
38で、線336上のピーク保持回路の出力から設定値
SP1 が減算され、加算増幅器の出力として誤差信号E
1 が得られる。In accordance with the present invention, FIGS.
Adjusts the power of high-intensity discharge lamp 300 such as an um lamp.
The circuit for adjusting is shown. Full wave bridge rectifier 304
Converts the AC voltage from the AC power supply 306 to DC voltage
And appears between the "+" and "-" output terminals of the rectifier.
It Unlike the prior art FIG. 1, the DC output of the rectifier 304
Bus voltage V between the lamp driver 308 and the lamp driver 308.BAdjustment of
Device 320 is inserted. This VBThe regulator 320 is a bus
Flow IBSupply the bus voltage VBAdjust the value of
Adjust the peak value of the lamp current as shown later. High
In the case of pressure sodium lamps, a nearly uniform lamp color is extremely
Desirable to achieve this uniformity peak lamp
It is known that electric current plays an important role. But
By adjusting this current value,
Lamp color is strongly affected. Furthermore, VBAdjuster 3
20 is the error signal E1Feedback controlled by. Error signal
E 1Is the error signal E supplied to the lamp driver 308.2
Is another signal. FIG. 8 shows the error signal E1To generate
A feedback loop for is shown. The beginning of the loop is the lamp current
ILIs. The current-voltage converter 330 is shown in FIG.
A transformer 400 is included. One of the transformer 400
Lamp current I in the next windingLFlows, the secondary of the transformer 400
Current αI in the windingLFlows. Where α is the transformer
The proportional constant of the turns ratio of the secondary winding to the primary winding is shown. Current-electricity
The pressure converter 330 has a conversion gain H.2To generate output. this
Conversion gain H2Contains the turns ratio of the above windings
It The output of the converter 330 is further the gain H of the amplifier 332.1
Peak hold circuit 334 after being scaled by
Reach The output of the peak hold circuit on line 336 is
Current ILProportional to the peak value of. Standard summing amplifier 3
38. From the output of the peak hold circuit on line 336, set value
SP1Is subtracted, and the error signal E is output as the output of the adding amplifier.
1Is obtained.
【0022】誤差信号E1 に応動するVB 調整器320
(図7)が図10に更に詳しく示されている。図10に
示されているように、VB 調整器320は標準のML4
813CP集積回路(IC:integrated c
ircuit)402を使用することができる。以下の
説明では、これを使用しているものとする。IC402
として上記のものが使用される場合、図8の帰還ループ
の加算増幅器338はICの内部にある。したがって、
IC402のピン8(P8)は図8に示される線336
に対応し、IC402のピン7(P7)は加算増幅器3
38の負入力(図8)に対応する。設定値SP1 は基準
電圧Vr によってIC402のピン7に都合よく与えら
れる。基準電圧Vr は非動的であってもよい。IC40
2には更に標準の力率制御(power factor
control)回路404も含まれている。力率制
御回路404は誤差信号E1 に応動し、その出力は変形
された誤差信号を表す。この変形された誤差信号は、電
力スイッチ414のデューティサイクル、すなわちオン
−オフ動作を制御するために使用される。このようにし
て、0.99の力率制御が達成された。V B adjuster 320 responsive to error signal E 1
(FIG. 7) is shown in more detail in FIG. As shown in FIG. 10, the V B regulator 320 is a standard ML4
813CP integrated circuit (IC: integrated c)
ircuit) 402 can be used. This is assumed to be used in the following description. IC402
If the above is used as, the summing amplifier 338 of the feedback loop of FIG. 8 is internal to the IC. Therefore,
Pin 8 (P8) of IC402 is line 336 shown in FIG.
The pin 7 (P7) of IC402 corresponds to the summing amplifier 3
Corresponding to 38 negative inputs (FIG. 8). The set value SP 1 is conveniently provided to pin 7 of IC 402 by the reference voltage V r . The reference voltage V r may be non-dynamic. IC40
2 has a standard power factor control (power factor)
A control circuit 404 is also included. The power factor control circuit 404 is responsive to the error signal E1 and its output represents the transformed error signal. This modified error signal is used to control the duty cycle, or on-off operation, of power switch 414. In this way, a power factor control of 0.99 was achieved.
【0023】変圧器406を通って流れる二次電流は調
整母線電圧(regulatedbus voltag
e)REG.VB を間接的に示す。変圧器406の二次
電流は調整母線電圧REG.VB にほぼ比例する。その
理由は、スイッチ414がオフであるときにダイオード
412および変圧器406を介してコンデンサ410に
「ポンプ」入力される電荷量によって、コンデンサ41
0上の調整母線電圧REG.VB の値が決まるからであ
る。したがって、ピン12(P12)上のIC402の
出力によって決められる、スイッチ414のオン−オフ
動作のタイミングによって、調整母線電圧REG.VB
の値が制御される。コンデンサ410、ダイオード41
2、およびスイッチ414は共同して、標準の構成のバ
ックブースト(buck−boost)回路416を構
成する。バックブースト回路416は必要に応じて、調
整母線電圧REG.VB を調整し、必要であれば、RE
G.VB を整流器304(図3A)から供給される直流
母線電圧より上に上げる。The secondary current flowing through transformer 406 is a regulated bus voltage.
e) REG. Indicate V B indirectly. The secondary current of the transformer 406 is the regulated bus voltage REG. It is almost proportional to V B. The reason is that the amount of charge that is “pumped” into capacitor 410 via diode 412 and transformer 406 when switch 414 is off causes capacitor 41 to
0 on the regulated bus voltage REG. This is because the value of V B is determined. Therefore, according to the timing of the on-off operation of the switch 414, which is determined by the output of the IC 402 on the pin 12 (P12), the adjustment bus voltage REG. V B
The value of is controlled. Capacitor 410, diode 41
2 and switch 414 together form a standard configuration buck-boost circuit 416. The buck-boost circuit 416 receives the adjusted bus voltage REG. Adjust V B and, if necessary, RE
G. Raise V B above the DC bus voltage provided by rectifier 304 (FIG. 3A).
【0024】VB 調整器320は、後段のランプドライ
バ308の動作周波数とは対照的にほぼ一定である調整
母線電圧REG.VB を供給する。後で述べるように、
調整母線電圧REG.VB を供給することにより、ラン
プ300を駆動するために使用される電流の振幅がほぼ
一定となる。高圧ナトリウムランプでは、これによりラ
ンプ300が一貫して所望の色スペクトルを示す。更に
VB 調整器320は、交流電源306の線路電圧のかな
りの変化を補償する。The V B regulator 320 regulates the regulated bus voltage REG. Supply V B. As we will see later,
Adjusted bus voltage REG. By supplying V B , the amplitude of the current used to drive the lamp 300 will be approximately constant. In a high pressure sodium lamp, this consistently causes lamp 300 to exhibit the desired color spectrum. Furthermore V B regulator 320 compensates for considerable changes in the line voltage of the AC power source 306.
【0025】図9は、図7のランプドライバ308が応
動する誤差信号E2 を発生するために使用される帰還ル
ープを示す。図9で標準加算増幅器350は、電流−電
圧変換器330’への入力として信号IB ’を受ける帰
還枝路から負入力を受ける。信号IB ’の平均値は少な
くとも平均母線電流IB を近似する。変換器330’の
出力は、信号IB ’を変換器の変換利得H2 でスケーリ
ングしたものを表す。次に、低域フィルタ351は変換
器330’の出力を平均する。これにより、加算増幅器
350の負入力に平均値が与えられる。FIG. 9 illustrates the feedback loop used by the lamp driver 308 of FIG. 7 to generate the responsive error signal E 2 . In FIG. 9, standard summing amplifier 350 receives a negative input from a feedback branch that receives signal I B 'as an input to current to voltage converter 330'. The average value of the signal I B 'at least approximates the average bus current I B. Transducer 330 'the output of the signal I B' represents those scaled with converter conversion gain H 2. The low pass filter 351 then averages the output of the converter 330 '. This gives the average value to the negative input of summing amplifier 350.
【0026】一例として、電流−電圧変換器330’が
受ける信号IB ’は母線電流IB であってもよい。図4
の実施例では、母線電流IB はスイッチ電流IS と共通
である。信号IB ’はランプ電流IL であってもよい。
ランプ電流IL の平均値は母線電流IB の平均値を近似
する。ランプ電流IL が変換器330’に入力される場
合、図8の変換器330と変換器330’は同じものに
することができる。[0026] As an example, the current - voltage converter 330 'signal I B which undergo' may be the bus current I B. Figure 4
In this embodiment, the bus current I B is common with the switch current I S. The signal I B 'may be the lamp current I L.
The average value of the lamp current I L approximates the average value of the bus current I B. If the lamp current I L is input to the converter 330 ′, the converter 330 and the converter 330 ′ of FIG. 8 can be the same.
【0027】増幅器352の入力は、調整母線電圧RE
G.VB にほぼ比例し、変圧器406(図10)からの
二次巻線電流で構成してもよい。上記のように、変圧器
406からの二次巻線電流は調整母線電圧REG.VB
を間接的に示す。変圧器406の二次巻線電流はほぼ
(NS /NP )(REG.VB )に比例する。ここで、
REG.VB は調整母線電圧であり、NS /NP は変圧
器406の二次対一次の巻数比である。増幅器352
は、演算増幅器(図示しない)の負入力に接続された入
力抵抗(図示しない)を介して変圧器406から入力電
流を受けるように構成することが好ましい。このとき、
演算増幅器の入力は帰還抵抗(図示しない)を介して増
幅器の出力に接続される。このとき、増幅器352の利
得mは帰還抵抗対入力抵抗の比である。このとき、この
ような演算増幅器の正入力は、後で述べるように、MC
34066Pチップを含むIC470のピン5および1
5(図示しない)に接続してもよい。増幅器352の出
力は(REG.VB )(NS /NP )mである。ここ
で、mは増幅器352の利得である。このような出力は
負入力として標準加算増幅器354に印加される。The input of the amplifier 352 is the regulated bus voltage RE.
G. It may consist of a secondary winding current from transformer 406 (FIG. 10) that is approximately proportional to V B. As mentioned above, the secondary winding current from transformer 406 is regulated bus voltage REG. V B
Indirectly. The secondary winding current of transformer 406 is approximately proportional to (N S / N P ) (REG.V B ). here,
REG. V B is the regulated bus voltage and N S / N P is the secondary to primary turns ratio of transformer 406. Amplifier 352
Are preferably configured to receive input current from transformer 406 via an input resistor (not shown) connected to the negative input of an operational amplifier (not shown). At this time,
The input of the operational amplifier is connected to the output of the amplifier via a feedback resistor (not shown). At this time, the gain m of the amplifier 352 is the ratio of the feedback resistance to the input resistance. At this time, the positive input of such an operational amplifier is connected to the MC as described later.
Pins 5 and 1 of IC 470 including 34066P chip
5 (not shown) may be connected. The output of the amplifier 352 is (REG.V B ) (N S / N P ) m. Here, m is the gain of the amplifier 352. Such an output is applied to standard summing amplifier 354 as a negative input.
【0028】増幅器354の正入力は設定値SP2 であ
る。設定値SP2 は非動的であってもよい。設定値SP
2 の値はここではKと呼ばれ、非動的であってもよい。
加算増幅器354の出力は増幅器356の利得aによっ
てスケーリングされて、動的設定値SP3 が得られる。
この動的設定値SP3 は正入力として加算増幅器350
に印加される。増幅器350の出力は誤差信号E2 であ
る。増幅器350の正入力と負入力との間には通常、い
わゆるオフセット電圧VO が存在する。オフセット電圧
VO の値は正であるかも知れないし、負であるかも知れ
ない。図9の帰還ループの両方の設定値SP2 およびS
P3 はランプ電力に著しく影響する。The positive input of amplifier 354 is the set value SP 2 . The set value SP 2 may be non-dynamic. Set value SP
The value of 2 is referred to herein as K and may be non-dynamic.
The output of summing amplifier 354 is scaled by the gain a of amplifier 356 to obtain the dynamic set point SP 3 .
This dynamic set value SP 3 is used as a positive input for the summing amplifier
Applied to. The output of amplifier 350 is the error signal E 2 . There is typically a so-called offset voltage V O between the positive and negative inputs of amplifier 350. The value of the offset voltage V O may be positive or negative. Both setpoints SP 2 and S of the feedback loop of FIG.
P 3 is significantly affect the lamp power.
【0029】〔本発明の帰還ループの数学的解析〕図8
および9に示された帰還ループの数学的解析はたとえ
ば、ランプの長寿命に対する望ましい特性である、ラン
プ300(図7)のインピーダンスZL のかなりの変化
を補償できる能力を示す。図9の帰還ループを参照して
説明する。設定値SP3 は次のように、増幅器352の
入力信号およびSP3 を生じる次の演算で表すことがで
きる。[Mathematical Analysis of the Feedback Loop of the Present Invention] FIG.
A mathematical analysis of the feedback loop shown in and 9 shows, for example, the ability to compensate for significant changes in the impedance Z L of the lamp 300 (FIG. 7), which is a desirable characteristic for long lamp life. This will be described with reference to the feedback loop shown in FIG. The setpoint SP 3 can be expressed as follows in the following operation resulting in the input signal of amplifier 352 and SP 3 .
【0030】[0030]
【数2】 SP3 =[K−(REG.VB )(NS /NP )m]a (式2) ここで、Kは設定値SP2 、(REG.VB )(NS /
NP )mは上記の増幅器352の出力、そしてaは増幅
器356の利得である。式2で定義されたSP3 を用い
て、平均ランプ電流AVE.IL は図9の帰還ループか
ら次のように表すことができる。## EQU00002 ## SP 3 = [K- (REG.V B ) (N S / N P ) m] a (Equation 2) where K is the set value SP 2 , (REG.V B ) (N S /
N P ) m is the output of amplifier 352 above, and a is the gain of amplifier 356. Using SP 3 defined in Equation 2, the average lamp current AVE. I L can be expressed from the feedback loop of Figure 9 as follows.
【0031】[0031]
【数3】 AVE.IL =(SP3 +VO )/H2 (式3) ここで、AVE.IL は平均ランプ電流、H2 は電流−
電圧変換器330’(図9)の変換利得、そしてVO は
上記の加算増幅器350のオフセット電圧である。AVE. I L = (SP 3 + V O ) / H 2 (Equation 3) where AVE. I L is the average lamp current, H 2 is the current −
Conversion gain of the voltage converter 330 '(Fig. 9) and V O, is the offset voltage of the summing amplifier 350.
【0032】ランプ300(図7)の電力は次式を満足
するものとする。The power of the lamp 300 (FIG. 7) shall satisfy the following equation.
【0033】[0033]
【数4】 PL =(AVE.IL )(REG.VB ) (式4) ここで、PL はランプの電力、AVE.IL は平均ラン
プ電流IL 、そしてREG.VB は調整母線電圧であ
る。更に一般的に、式3および4の平均ランプ電流AV
E.IL はAVE.IB ’で置き換えることができる。
ここで、AVE.IB ’は少なくとも母線電流IBの平
均値を近似する。P L = (AVE.I L ) (REG.V B ) (Equation 4) where P L is the lamp power, AVE. I L is the average lamp current I L , and REG. V B is the regulated bus voltage. More generally, the average lamp current AV in equations 3 and 4
E. I L is AVE. It can be replaced with I B '.
Here, AVE. I B 'at least approximates the average value of the bus current I B.
【0034】AVG.IL の項を消去するために式3と
式4を組み合わせると、次式が得られる。AVG. Combining equations 3 and 4 to eliminate the I L term yields:
【0035】[0035]
【数5】 PL =[(SP3 +VO )/H2 ](REG.VB ) (式5) 調整母線電圧REG.VB は次のように表すことができ
る。P L = [(SP 3 + V O ) / H 2 ] (REG.V B ) (Equation 5) Adjusted bus voltage REG. V B can be expressed as:
【0036】[0036]
【数6】 REG.VB =(PEAK IL )[(AVE.ZL )+ZD ] (式6) ここで、PEAK IL はランプのピーク電流、AV
E.ZL はランプ300の周波数に依存するインピーダ
ンスの平均、そしてZD はランプドライバ308のイン
ピーダンスである。REG. V B = (PEAK I L) [(AVE.Z L) + Z D] , where (Equation 6), PEAK I L is the peak of the lamp current, AV
E. Z L is the average frequency dependent impedance of the lamp 300 and Z D is the impedance of the lamp driver 308.
【0037】ピーク電流PEAK IL は設定値SP1
(図8)から次のように定義される。The peak current PEAK I L is the set value SP 1
(FIG. 8) is defined as follows.
【0038】[0038]
【数7】 PEAK IL =(SP1 )/(H2 H1 ) (式7) ここで、H2 は電流−電圧変換器330(図8)の利
得、そしてH1 は増幅器332(図8)の利得である。
式5、6および7を組み合わせることにより、ランプイ
ンピーダンスならびに図8および9の帰還ループのパラ
メータによるランプ電力についての次式が得られる。Equation 7] PEAK I L = (SP 1) / (H 2 H 1) ( Equation 7) where, H 2 current - gain of the voltage converter 330 (FIG. 8) and H 1 is an amplifier 332 (FIG, It is the gain of 8).
Combining equations 5, 6 and 7 gives the following equation for lamp power as a function of lamp impedance and parameters of the feedback loop of FIGS. 8 and 9.
【0039】[0039]
【数8】 PL =[(SP1 )/(H2 2 H1 )][(AVE.ZL ) +ZD ](SP2 +VO ) (式8) 式2、6および7を組み合わせることにより、図8およ
び図9の帰還回路のパラメータによる動的設定値SP3
(図10)が次のように得られる。P L = [(SP 1 ) / (H 2 2 H 1 )] [(AVE.Z L ) + Z D ] (SP 2 + V O ) (Equation 8) Combining Equations 2, 6 and 7 As a result, the dynamic set value SP 3 according to the parameters of the feedback circuit of FIGS.
(FIG. 10) is obtained as follows.
【0040】[0040]
【数9】 SP3 ={K−[(SP1 )/(H2 H1 )][(AVE.ZL ) +ZD ]m(NS /NP )}a (式9) ここで、すべての項は式2−7について上記のように定
義されたものである。式9は、動的設定値SP3 が図8
および図9の帰還回路のパラメータに依存するというこ
とを示している。図8および図9の帰還回路のパラメー
タは通常、一定である。ドライバのインピーダンスZD
も通常、一定である。また、ランプのインピーダンスZ
L は高圧ナトリウムランプの老化すなわち時間の経過に
つれてかなり変化する。設定値SP3 はランプのインピ
ーダンスの変化につれて変化するので、本発明はランプ
のインピーダンスのかなりの変化を補償する。図12は
これをグラフに示している。SP 3 = {K − [(SP 1 ) / (H 2 H 1 )] [(AVE.Z L ) + Z D ] m (N S / N P )} a (Formula 9) where: All terms are as defined above for Equations 2-7. In the equation 9, the dynamic setting value SP 3 is as shown in FIG.
And that it depends on the parameters of the feedback circuit of FIG. The parameters of the feedback circuit of Figures 8 and 9 are usually constant. Driver impedance Z D
Is usually constant. Also, the lamp impedance Z
L changes considerably with age of the high-pressure sodium lamp, that is, over time. Since the set point SP 3 changes as the lamp impedance changes, the present invention compensates for significant changes in the lamp impedance. FIG. 12 illustrates this graphically.
【0041】図12で、実線の曲線500は電力(ワッ
ト)とランプのインピーダンスZL(オーム)との関係
をプロットしたものである。高圧ナトリウムランプの老
化とともに、そのインピーダンスZL がかなり大きくな
る。ランプのインピーダンスZL のかなり大きな変化を
補償することにより、本発明は502で示される丸みの
ある軌道を実現する。これにより、ランプに給電する回
路がより長く所要電力を供給してランプを動作させるこ
とができる。ランプインピーダンスZL の大きな増大を
補償しなければ、ランプ電力対インピーダンスの曲線は
破線曲線504の連続軌道となり、ランプ電源回路が所
要電力を供給してランプを動作させることができなくな
るのが早くなる。In FIG. 12, a solid curve 500 plots the relationship between power (watts) and lamp impedance Z L (ohms). As the high pressure sodium lamp ages, its impedance Z L increases considerably. By compensating for appreciable changes in the lamp impedance Z L , the present invention provides a rounded trajectory, shown at 502. This allows the circuit that powers the lamp to supply the required power for a longer time to operate the lamp. Without compensating for the large increase in lamp impedance Z L , the lamp power-to-impedance curve becomes a continuous trajectory of the dashed curve 504, and it becomes faster that the lamp power supply circuit cannot supply the required power to operate the lamp. .
【0042】前の解析に従って得られた誤差信号E2 が
ランプドライバ308(図7)に印加される。ランプド
ライバ308は、図5および6の対応する電流波形を参
照して図4について前に説明した形式を取ることができ
る。ランプドライバ308の好ましい代替実施例が図1
0に示されている。図10では、ランプドライバ308
は一対のスイッチ450および452で構成される。ス
イッチ450および452のオン−オフ動作は相補的で
あるので、スイッチ452がオフの間、スイッチ450
はオンであり、スイッチ450がオフの間、スイッチ4
52はオンである。ランプ電圧VL およびランプ電流I
L が図11に示されている。ランプ電圧VL が最初零で
ある場合、スイツチ450をターンオンすると、共振イ
ンダクタ454、ランプ300、および共振コンデンサ
456の直列組み合わせの両端間に、調整母線電圧RE
G.VB が印加される。このとき、ランプ電流検知変圧
器400の低いインピーダンスは無視している。このと
きランプは消えているので、図11の迅速に上昇する曲
線480で表されるように、調整母線電圧REG.VB
全体がランプ両端間に現れる。ランプ電圧VL のこのよ
うな急な上昇により、ランプが再点弧する。これによ
り、電流経路の主要な誘導素子および容量素子によって
主として決まる共振周波数を持つランプ電流が流れ始め
る。電流経路の主要な誘導素子および容量素子とは、共
振インダクタ454、ならびに並列接続された共振コン
デンサ456および458である。The error signal E 2 obtained according to the previous analysis is applied to the lamp driver 308 (FIG. 7). The lamp driver 308 can take the form previously described for FIG. 4 with reference to the corresponding current waveforms of FIGS. A preferred alternative embodiment of the lamp driver 308 is shown in FIG.
0 is shown. In FIG. 10, the lamp driver 308
Is composed of a pair of switches 450 and 452. The on-off operations of switches 450 and 452 are complementary so that switch 450 is off while switch 452 is off.
Is on and switch 4 is off while switch 4
52 is on. Lamp voltage V L and lamp current I
L is shown in FIG. If the lamp voltage V L is initially zero, turning on the switch 450 causes a regulated bus voltage RE across the series combination of the resonant inductor 454, the lamp 300, and the resonant capacitor 456.
G. V B is applied. At this time, the low impedance of the lamp current detection transformer 400 is ignored. Since the lamp is off at this time, the regulated bus voltage REG. V B
The whole appears between the ends of the lamp. This sudden rise in the lamp voltage V L causes the lamp to re-ignite. As a result, the lamp current having a resonance frequency mainly determined by the main inductive element and the capacitive element of the current path starts to flow. The main inductive and capacitive elements of the current path are the resonant inductor 454 and the parallel connected resonant capacitors 456 and 458.
【0043】共振ランプ電流IL によって、ランプ電圧
VL が2(REG.VB )に向かって共振し、やがてR
EG.VB とダイオード460および462の一方のダ
イオードの両端間の電圧降下との和にクランプされる。
この点は、ランプ電流(曲線482)がその最大値に達
するπ/2ラジアン、すなわち共振サイクルの1/4に
対応する。この点で、サイクルの共振部分が終了する。
ランプ電圧VL はダイオード460および462の一方
によりクランプされ、インダクタ454に蓄積されたエ
ネルギーは指数関数的な減衰として母線に放電される。
ランプ電流ILが零に減衰すれば、スイッチ450をタ
ーンオフすることができる。このとき、ランプドライバ
308は逆方向にサイクルを開始する準備ができてい
る。ダイオード460と462の間の共通節点465が
調整母線電圧REG.VB の値に達するからである。
「不感時間」の長さは、誤差信号E2 、ならびに後で説
明するスイッチ450および452のオン−オフ動作を
制御するための感応回路によって決まる。The resonant lamp current I L causes the lamp voltage V L to resonate toward 2 (REG.V B ), and eventually R
EG. It is clamped to the sum of V B and the voltage drop across one of the diodes 460 and 462.
This point corresponds to π / 2 radians, or 1/4 of the resonance cycle, at which the lamp current (curve 482) reaches its maximum. At this point, the resonant portion of the cycle ends.
The lamp voltage V L is clamped by one of the diodes 460 and 462 and the energy stored in the inductor 454 is discharged to the bus as an exponential decay.
When the lamp current I L decays to zero, the switch 450 can be turned off. At this time, the lamp driver 308 is ready to start a cycle in the opposite direction. The common node 465 between the diodes 460 and 462 is the regulated bus voltage REG. This is because the value of V B is reached.
The length of the "dead time", on the switches 450 and 452 will be described error signal E 2, and later - determined by sensitive circuit for controlling the off operation.
【0044】コンデンサ465、458の一方の調整母
線電圧REG.VB とダイオード460および462の
一方の両端間の電圧降下との和に節点465の電圧が設
定された状態で、スイッチ452をターンオンすること
ができる。前のサイクルと同様に、ランプ300の両端
間にREG.VB 全体が印加され、ランプ300が再点
弧する。再点弧すると、ランプ電流はスイッチ450を
通る上記の電流と逆方向に振動し始める。この時間の
間、ランプ電圧VL は調整母線電圧の負の値である−R
EG.VB に向かって下方に共振し始め、やがてダイオ
ード460および462の一方の両端間の負の電圧にク
ランプされる。この点で、強制電流はその最大の負の値
となる。前と同様、過程は同じであり、電流の方向だけ
が変わっている。IC470として標準のMC3406
6Pチップを使用した場合、そのピン3(P3)で受け
る誤差信号E2 に応動して図11の波形が得られるよう
に、スイッチ450および452は動作する。以下の説
明では、IC470として標準のMC34066Pチッ
プを使用するものと仮定する。スイッチ450および4
52のこのような動作により、誤差信号E2 は変圧器4
72の一次巻線471の信号の周波数を制御する。一次
巻線471はIC470の出力ピン12および14(P
12およびP14)に接続され、図に示されるような極
性になっている。変圧器472の二次巻線474は、ス
イッチ450のオン−オフ動作を制御するように、極性
が定められて、接続されている。スイッチ450はFE
Tとすることができる。スイッチ450がFETである
場合、二次巻線474はそのFETのゲート端子とソー
ス端子の間に接続される。同様に、もう一つの二次巻線
476はスイッチ452を制御するため、図示するよう
な極性で接続されている。スイッチ452もFETとす
ることができる。二次巻線474と476は逆極性であ
るので、変圧器472の一次巻線を通る正の波形は一方
のスイッチだけをターンオンさせ、一次巻線を通る負の
波形は他方のスイッチだけをターンオンさせる。ランプ
ドライバ回路308の詳細は上記米国特許出願第971
806号に記載されており、参考のためにここに引用し
ている。One of the adjusting bus voltage REG. Switch 452 can be turned on with the voltage at node 465 set to the sum of V B and the voltage drop across one of diodes 460 and 462. Similar to the previous cycle, the REG. The entire V B is applied and the lamp 300 re-ignites. Upon re-ignition, the lamp current begins to oscillate in the opposite direction to the above current through switch 450. During this time, the lamp voltage VL is the negative value of the regulated bus voltage -R.
EG. It begins to resonate downwards towards V B and is eventually clamped to the negative voltage across one of the diodes 460 and 462. At this point, the forced current is at its maximum negative value. As before, the process is the same, only the direction of the current has changed. Standard MC3406 as IC470
When the 6P chip is used, the switches 450 and 452 operate so that the waveform of FIG. 11 is obtained in response to the error signal E 2 received at the pin 3 (P3). In the following description, it is assumed that a standard MC34066P chip is used as the IC470. Switches 450 and 4
With such operation of 52, the error signal E 2 is transferred to the transformer 4
It controls the frequency of the signal on the primary winding 471 of 72. Primary winding 471 is connected to output pins 12 and 14 (P
12 and P14) and are polarized as shown. The secondary winding 474 of the transformer 472 is polarized and connected to control the on-off operation of the switch 450. Switch 450 is FE
It can be T. If switch 450 is a FET, secondary winding 474 is connected between the gate and source terminals of that FET. Similarly, another secondary winding 476 is connected with the polarity as shown to control the switch 452. The switch 452 can also be a FET. Since the secondary windings 474 and 476 have opposite polarities, a positive waveform through the primary winding of the transformer 472 turns on only one switch and a negative waveform through the primary winding turns on the other switch only. Let Details of the lamp driver circuit 308 are described in the above-mentioned US patent application No. 971.
No. 806, which is hereby incorporated by reference.
【0045】95ワットの高圧ナトリウムランプ300
の場合の図10の可能な一つの回路例では、次の素子値
を使用する。すなわち、ダイオード412と直列な変圧
器406のインダクタンスが172マイクロヘンリー、
コンデンサ410が470マイクロファラド、変圧器4
06のNS /NP が6/45、共振インダクタ454が
500マイクロヘンリー、共振コンデンサ456、45
8が各々4マイクロファラド、IC402およびIC4
70が上記のICとする。このような値を使用した場
合、図8および9の帰還ループの可能な一つの具体例は
次のようになる。すなわち、利得H1 が5.236、利
得H2 が80.65×10-3、設定値SP 1 が5.0、
利得mが95.3×10-3、設定値SP2 (すなわち
K)が5.477、利得aが14×10-3、オフセット
電圧VO が0である。95 Watt High Pressure Sodium Lamp 300
In the case of one possible circuit example of FIG.
To use. That is, the transformer in series with the diode 412
Inductor 406 has an inductance of 172 μHenry,
Capacitor 410 is 470 microfarads, transformer 4
06 NS/ NPIs 6/45, and the resonance inductor 454 is
500 microhenry, resonant capacitors 456, 45
8 for 4 microfarads each, IC402 and IC4
70 is the above IC. If you use such a value
Thus, one possible implementation of the feedback loop of FIGS. 8 and 9 is
It looks like this: That is, the gain H1Is 5.236, profit
Profit H2Is 80.65 × 10-3, Set value SP 1Is 5.0,
Gain m is 95.3 × 10-3, Set value SP2(Ie
K) is 5.477, gain a is 14 × 10-3,offset
Voltage VOIs 0.
【0046】以上の説明から明らかなように本発明は、
ほぼ一定の電力レベルを維持しつつ、ランプのインピー
ダンスのかなり大きな変動の補償を行う。本発明はま
た、ランプ電流をほぼ一定の振幅で供給し、また交流線
路電圧のかなり大きな変動の補償も可能にする。更に、
これらの特徴を、低コストで容易に入手できる回路素子
を使って達成することができる。特定の実施例を図示し
て本発明の説明を行ったが、熟練した当業者は多数の変
形および変化を考えつき得る。したがって特許請求の範
囲は、本発明の趣旨と範囲の中に入るこのような変形お
よび変化のすべてを包含するものと解すべきである。As is apparent from the above description, the present invention is
It compensates for fairly large variations in lamp impedance while maintaining a near constant power level. The invention also supplies the lamp current with a substantially constant amplitude and also allows compensation for fairly large variations in the AC line voltage. Furthermore,
These features can be achieved with low cost and readily available circuit elements. While the particular invention has been illustrated and described, numerous modifications and variations will occur to those skilled in the art. Therefore, the appended claims should be construed to cover all such modifications and variations that fall within the spirit and scope of the invention.
【図1】ランプ電力を調整するための従来技術の電気回
路を表すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram representing a prior art electrical circuit for regulating lamp power.
【図2】図1の回路に使用される帰還ループの部分のブ
ロック図である。2 is a block diagram of a portion of a feedback loop used in the circuit of FIG.
【図3】図1の回路に使用される帰還ループの部分のブ
ロック図である。3 is a block diagram of a portion of a feedback loop used in the circuit of FIG.
【図4】図1にブロック形式で示されるランプドライバ
回路を詳しく示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing in detail the lamp driver circuit shown in block form in FIG.
【図5】図4の回路の中の電流の波形を示す波形図であ
る。5 is a waveform diagram showing a waveform of a current in the circuit of FIG.
【図6】図4の回路の中の電流の波形を示す波形図であ
る。6 is a waveform chart showing a waveform of a current in the circuit of FIG.
【図7】本発明に従ってランプに給電するための電気回
路のブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of an electrical circuit for powering a lamp according to the present invention.
【図8】図7の回路に使用される帰還ループの回路図で
ある。FIG. 8 is a circuit diagram of a feedback loop used in the circuit of FIG.
【図9】図7の回路に使用される帰還ループの回路図で
ある。FIG. 9 is a circuit diagram of a feedback loop used in the circuit of FIG.
【図10】図7にブロック形式で示される母線電圧調整
回路およびランプドライバ回路を詳しく示す回路図であ
る。10 is a circuit diagram showing in detail a bus voltage adjusting circuit and a lamp driver circuit shown in block form in FIG.
【図11】図10のランプドライバ回路からの電流およ
び電圧の波形を示す波形図である。11 is a waveform diagram showing waveforms of current and voltage from the lamp driver circuit of FIG.
【図12】本発明の一実施例におけるランプ電力対ラン
プインピーダンスのグラフである。FIG. 12 is a graph of lamp power versus lamp impedance in one embodiment of the present invention.
300 高輝度放電ランプ 304 全波ブリッジ整流器 308 ランプドライバ 320 母線電圧調整器 400 ランプ電流検知変圧器 414 電力スイッチ 416 バックブースト回路 450 スイッチ 452 スイッチ 454 共振インダクタ 456 共振コンデンサ 458 共振コンデンサ 470 IC AVE.IB 平均母線電流 E1 誤差信号 E2 誤差信号 REG.VB 調整母線電圧 SP1 平均電流に対する設定値 SP2 設定値 SP3 設定値300 high-intensity discharge lamp 304 full-wave bridge rectifier 308 lamp driver 320 bus voltage regulator 400 lamp current detection transformer 414 power switch 416 buck-boost circuit 450 switch 452 switch 454 resonant inductor 456 resonant capacitor 458 resonant capacitor 470 IC AVE. I B Average bus current E 1 error signal E 2 error signal REG. V B Adjusting bus voltage SP 1 Set value for average current SP 2 set value SP 3 set value
Claims (12)
に於いて、 (a) 直流母線電圧を供給する手段、 (b) 第一の誤差信号に応動して第一の誤差信号を最
小にするように母線電流供給導線上の母線電圧を調整す
る第一の帰還制御手段であって、第一の誤差信号が
(1)ピークランプ電流にほぼ比例する動的信号と
(2)ピークランプ電流に対する設定値信号との差にほ
ぼ比例している第一の帰還制御手段、および (c) 第二の誤差信号に応動して第二の誤差信号を最
小にするように調整母線電圧で上記ランプを駆動して、
これにより上記ランプの電力を調整する第二の帰還制御
手段であって、第二の誤差信号が(1)平均母線電流に
ほぼ比例する動的信号と(2)動的設定値信号との差に
ほぼ比例し、動的設定値信号が(i)調整母線電圧にほ
ぼ比例する動的信号と(ii)ランプ電力に関する設定
値信号との差にほぼ比例している第二の帰還制御手段を
含むことを特徴とする高輝度放電ランプ用給電回路。1. A circuit for supplying power to a high-intensity discharge lamp, comprising: (a) a means for supplying a DC bus voltage; (b) minimizing a first error signal in response to the first error signal. The first feedback control means for adjusting the bus voltage on the bus current supply conductor so that the first error signal is (1) a dynamic signal substantially proportional to the peak lamp current, and (2) the peak lamp current. A first feedback control means that is approximately proportional to the difference from the setpoint signal for, and (c) the ramp at an adjusted bus voltage to minimize the second error signal in response to the second error signal. Drive
This is the second feedback control means for adjusting the power of the lamp, wherein the second error signal is (1) the difference between the dynamic signal substantially proportional to the average bus current and (2) the dynamic set value signal. The second feedback control means is substantially proportional to the difference between the dynamic set value signal (i) substantially proportional to the adjusting bus voltage and (ii) the set value signal related to the lamp power. A power supply circuit for a high-intensity discharge lamp, which includes:
直列回路の両端間に調整母線電圧を印加し、オフのとき
調整母線電圧から上記直列回路を隔離するように接続さ
れた電力スイッチ、および (b) 第二の誤差信号を最小にするように上記電力ス
イッチを繰り返しターンオン、ターンオフさせるスイッ
チ制御手段を含んでいる請求項1記載の高輝度放電ラン
プ用給電回路。2. The second feedback control means applies (a) a regulated bus voltage between both ends of a series circuit including the lamp and the inductor when turned on, and a series bus from the regulated bus voltage when turned off. A high intensity discharge lamp as claimed in claim 1 including a power switch connected in isolation, and (b) switch control means for repeatedly turning the power switch on and off to minimize a second error signal. Power supply circuit.
ン、ターンオフさせる周波数によって、上記ランプを駆
動するための一定周期のデューティサイクルの活性部分
の長さが決まるように、上記第二の帰還制御手段が構成
されている請求項2記載の高輝度放電ランプ用給電回
路。3. The second feedback control means is configured such that the length of the active portion of the constant cycle duty cycle for driving the lamp is determined by the frequency at which the power switch is repeatedly turned on and off. The power supply circuit for a high-intensity discharge lamp according to claim 2.
号を最小にするようにオン−オフ動作が制御されるスイ
ッチをそなえたバックブースト回路が、上記第一の帰還
制御手段に含まれている請求項1記載の高輝度放電ラン
プ用給電回路。4. A buck-boost circuit having a switch whose on-off operation is controlled so as to minimize the first error signal in response to the first error signal, in the first feedback control means. The high-intensity discharge lamp power supply circuit according to claim 1, which is included.
逆の方向に電流を通すように配置された第一および第二
の電流ループ、 (b) 上記ランプを上記第一および第二の電流ループ
に順に交互に入れるための第一および第二の電力スイッ
チ、および (c) 第一および第二の電流ループであって、各ルー
プはそのループの電流波形が誘導性素子および容量性素
子の値によって主として決まる共振部分を有するように
選定された該誘導性素子および容量性素子をそなえてい
る第一および第二の電流ループを含んでいる請求項1記
載の高輝度放電ランプ用給電回路。5. The second feedback control means includes: (a) first and second current loops arranged to pass currents through the lamp in first and second opposite directions, respectively. b) first and second power switches for alternating the lamps into the first and second current loops in sequence, and (c) first and second current loops, each loop having its own Includes first and second current loops having inductive and capacitive elements selected such that the current waveform of the loop has a resonant portion that is primarily determined by the values of the inductive and capacitive elements. The power supply circuit for a high-intensity discharge lamp according to claim 1.
に於いて、 (a) 直流母線電圧を供給するステップ、 (b) 第一の誤差信号に応動して第一の誤差信号を最
小にするように母線電圧を調整するステップであって、
第一の誤差信号が(1)ピークランプ電流にほぼ比例す
る動的信号と(2)ピークランプ電流に対する設定値信
号との差にほぼ比例している母線電圧調整ステップ、お
よび (c) 第二の誤差信号に応動して第二の誤差信号を最
小にするように調整母線電圧で上記ランプを駆動して、
これにより上記ランプの電力を調整するステップであっ
て、上記第二の誤差信号が(1)平均母線電流にほぼ比
例する動的信号と(2)動的設定値信号との差にほぼ比
例し、動的設定値信号が(i)調整母線電圧にほぼ比例
する動的信号と(ii)ランプ電力に関連する設定値信
号との差にほぼ比例しているランプ駆動ステップを含む
ことを特徴とする高輝度放電ランプ用給電方法。6. A method for powering a high intensity discharge lamp comprising: (a) supplying a DC bus voltage; (b) minimizing a first error signal in response to the first error signal. Adjusting the busbar voltage to
The first error signal is (1) a bus signal adjusting step that is substantially proportional to a difference between a dynamic signal that is substantially proportional to the peak lamp current and (2) a set value signal with respect to the peak lamp current, and (c) a second step. Driving the lamp with a regulated bus voltage so as to minimize the second error signal in response to the error signal of
Thus, in the step of adjusting the power of the lamp, the second error signal is proportional to a difference between (1) a dynamic signal substantially proportional to the average bus current and (2) a dynamic set value signal. A dynamic setpoint signal comprises: (i) a lamp driving step that is substantially proportional to a difference between the dynamic signal that is approximately proportional to the regulated bus voltage and (ii) a setpoint signal that is related to lamp power. Power supply method for high-intensity discharge lamp.
両端間に調整母線電圧を印加した後、調整母線電圧から
上記直列回路を隔離することを交互に行うステップ、お
よび (b) 第二の誤差信号を最小にするように、上記直列
回路への調整母線電圧の印加と調整母線電圧からの上記
直列回路の隔離を交互に行う周波数を制御するステップ
が含まれる請求項6記載の高輝度放電ランプ用給電方
法。7. The lamp driving step comprises: (a) applying a regulated bus voltage across the series circuit including the lamp and an inductor, and then isolating the series circuit from the regulated bus voltage alternately. And (b) controlling the frequency of alternating application of a regulated bus voltage to the series circuit and isolation of the series circuit from the regulated bus voltage so as to minimize a second error signal. The power supply method for the high-intensity discharge lamp according to claim 6.
調整母線電圧からの上記直列回路の隔離を交互に行う周
波数を制御する上記ステップによって、上記ランプを駆
動するための一定周期のデューティサイクルの活性部分
の周波数応答の長さが決まる請求項7記載の高輝度放電
ランプ用給電方法。8. A constant cycle duty cycle for driving the lamp by the step of controlling the frequency of alternating application of a regulated bus voltage to the series circuit and isolation of the series circuit from the regulated bus voltage. The power supply method for a high-intensity discharge lamp according to claim 7, wherein the length of the frequency response of the active portion of the is determined.
が調整されるバックブースト回路のオン−オフ動作を制
御するステップが、上記調整母線電圧を発生するステッ
プに含まれる請求項6記載の高輝度放電ランプ用給電方
法。9. The step of controlling the on-off operation of a buck-boost circuit whose output is adjusted to minimize the first error signal is included in the step of generating the adjusted bus voltage. Power supply method for high-intensity discharge lamps.
またはランプ電力に関する設定値信号が非動的である請
求項1から5のいずれか1項記載の高輝度放電ランプ用
給電回路、もしくは請求項6から9のいずれか1項記載
の高輝度放電ランプ用給電方法。10. The power supply circuit for a high-intensity discharge lamp according to claim 1, wherein the set value signal for the peak lamp current or the set value signal for the lamp power is non-dynamic. 10. The power supply method for a high-intensity discharge lamp according to any one of 9 above.
が上記ランプの測定電流から求められる請求項1から5
のいずれか1項記載の高輝度放電ランプ用給電回路、も
しくは請求項6から9のいずれか1項記載の高輝度放電
ランプ用給電方法。11. A dynamic signal approximately proportional to the average bus current is determined from the measured current of the lamp.
The power supply circuit for a high-intensity discharge lamp according to claim 1, or the power supply method for a high-intensity discharge lamp according to any one of claims 6 to 9.
ンプにそれぞれ第一および第二の互いに逆の方向に電流
を通すように配置された第一および第二の電流ループに
上記ランプを順に交互に入れるステップが含まれ、第一
および第二の電流ループの各々は、そのループの電流波
形が誘導性素子および容量性素子の値によって主として
決まる共振部分を有するように選定された該誘導性素子
および容量性素子を含んでいる請求項6記載の高輝度放
電ランプ用給電方法。12. The lamp driving step comprises alternately alternating the lamps in first and second current loops arranged to pass currents in first and second opposite directions to the lamp, respectively. And each of the first and second current loops is selected such that the current waveform of the loop has a resonant portion that is determined primarily by the values of the inductive and capacitive elements. The power supply method for a high-intensity discharge lamp according to claim 6, further comprising a capacitive element.
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